描述
網(wǎng)卡的驅(qū)動還是與硬件有關(guān)，注意是負(fù)責(zé)收發(fā)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包，它將上層協(xié)議傳遞下來的數(shù)據(jù)包，以特定的媒介訪問控制方式進(jìn)行發(fā)送，并將接收到的數(shù)據(jù)包傳遞給上層協(xié)議。

網(wǎng)卡設(shè)備與字符設(shè)備和塊設(shè)備不同，網(wǎng)卡設(shè)備并不對應(yīng)與/dev目錄下的文件，不過會放在/sys/class/net目錄下。

• 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口層
  實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包收發(fā)的協(xié)議,該層主要負(fù)責(zé)調(diào)用dev_queue_xmit()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)， netif_rx()函數(shù)接收數(shù)據(jù)。
• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層
  通過net_device結(jié)構(gòu)體來描述一個具體的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息,實(shí)現(xiàn)不同的硬件的統(tǒng)一。
• 設(shè)備驅(qū)動功能層
  用來負(fù)責(zé)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件來完成各個功能, 它通過hard_start_xmit() 函數(shù)啟動發(fā)送操作， 并通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的中斷觸發(fā)接收操作。

• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與媒介層
  

  用來負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收的物理實(shí)體, 設(shè)備驅(qū)動功能層的函數(shù)都在這物理上驅(qū)動的。
  
  

網(wǎng)卡驅(qū)動初始化
網(wǎng)卡驅(qū)動程序，只需要編寫網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層，填充net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容并將net_device注冊入內(nèi)核，設(shè)置硬件相關(guān)操作，使能中斷處理等。
其中net_device結(jié)構(gòu)體的重要成員

struct net_device
{
   char               name[IFNAMSIZ];              //網(wǎng)卡設(shè)備名稱
   unsigned long              mem_end;             //該設(shè)備的內(nèi)存結(jié)束地址
   unsigned long              mem_start;            //該設(shè)備的內(nèi)存起始地址
   unsigned long              base_addr;            //該設(shè)備的內(nèi)存I/O基地址
   unsigned int          irq;                       //該設(shè)備的中斷號

   unsigned char        if_port;                  //多端口設(shè)備使用的端口類型
   unsigned char        dma;                     //該設(shè)備的DMA通道

   unsigned long              state;                    //網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)適配器的狀態(tài)信息

        
                                    
   struct net_device_stats* (*get_stats)(struct net_device *dev); //獲取流量的統(tǒng)計信息
                                         
  //運(yùn)行ifconfig便會調(diào)用該成員函數(shù),并返回一個net_device_stats結(jié)構(gòu)體獲取信息

   struct net_device_stats  stats;      //用來保存統(tǒng)計信息的net_device_stats結(jié)構(gòu)體


   unsigned long              features;        //接口特征,     
   unsigned int          flags; //flags指網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)志,以IFF_(Interface Flags)開頭
   //當(dāng)flags =IFF_UP（ 當(dāng)設(shè)備被激活并可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)包時， 內(nèi)核設(shè)置該標(biāo)志）、 IFF_AUTOMEDIA（設(shè)置設(shè)備可在多種媒介間切換）、
  IFF_BROADCAST（ 允許廣播）、IFF_DEBUG（ 調(diào)試模式， 可用于控制printk調(diào)用的詳細(xì)程度） 、 IFF_LOOPBACK（ 回環(huán)）、
 IFF_MULTICAST（ 允許組播） 、 IFF_NOARP（ 接口不能執(zhí)行ARP,點(diǎn)對點(diǎn)接口就不需要運(yùn)行 ARP） 和IFF_POINTOPOINT（ 接口連接到點(diǎn)到點(diǎn)鏈路） 等。


   unsigned        mtu;        //最大傳輸單元,也叫最大數(shù)據(jù)包

   unsigned short  type;   　　//接口的硬件類型

   unsigned short   hard_header_len;     //硬件幀頭長度,一般被賦為ETH_HLEN,即14
                          
   unsigned char   dev_addr[MAX_ADDR_LEN];      //存放設(shè)備的MAC地址

   unsigned long              last_rx;    //接收數(shù)據(jù)包的時間戳,調(diào)用netif_rx()后賦上jiffies即可

   unsigned long              trans_start;     //發(fā)送數(shù)據(jù)包的時間戳,當(dāng)要發(fā)送的時候賦上jiffies即可

   unsigned char        dev_addr[MAX_ADDR_LEN];                //MAC地址


   int                 (*hard_start_xmit) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev);
                               //數(shù)據(jù)包發(fā)送函數(shù), sk_buff就是用來收發(fā)數(shù)據(jù)包的結(jié)
   void  (*tx_timeout) (struct net_device *dev); //發(fā)包超時處理函數(shù)

上面講到的統(tǒng)計信息net_device_stats結(jié)構(gòu)體,其中重要成員如下所示:

 struct net_device_stats
{
     unsigned long       rx_packets;          　　/*收到的數(shù)據(jù)包數(shù)*/
     unsigned long       tx_packets;          　　/*發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)    */
     unsigned long       rx_bytes;               /*收到的字節(jié)數(shù),可以通過sk_buff結(jié)構(gòu)體的成員len來獲取*/
     unsigned long       tx_bytes;               /*發(fā)送的字節(jié)數(shù),可以通過sk_buff結(jié)構(gòu)體的成員len來獲取*/
     unsigned long       rx_errors;              /*收到的錯誤數(shù)據(jù)包數(shù)*/
     unsigned long       tx_errors;              /*發(fā)送的錯誤數(shù)據(jù)包數(shù)*/
   ... ...
}

所以init函數(shù),初始化網(wǎng)卡步驟如下所示

• 使用alloc_netdev()來分配一個net_device結(jié)構(gòu)體
• 設(shè)置網(wǎng)卡硬件相關(guān)的寄存器
• 設(shè)置net_device結(jié)構(gòu)體的成員
• 使用register_netdev()來注冊net_device結(jié)構(gòu)體

網(wǎng)卡驅(qū)動發(fā)包過程

在內(nèi)核中，當(dāng)上層發(fā)送一個數(shù)據(jù)包時，就會調(diào)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層里net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成員hard_start_xmit()將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。

int    (*hard_start_xmit) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev); 

這個函數(shù)中需要涉及到sk_buff結(jié)構(gòu)體，含義為(socket buffer)套接字緩沖區(qū)，用來網(wǎng)絡(luò)各個層次之間傳遞數(shù)據(jù)。

struct sk_buff {
   /* These two members must be first. */
   struct sk_buff        *next;      //指向下一個sk_buff結(jié)構(gòu)體
   struct sk_buff        *prev;     //指向前一個sk_buff結(jié)構(gòu)體
 　... ...
   unsigned int          len,   　　　　　　//數(shù)據(jù)包的總長度,包括線性數(shù)據(jù)和非線性數(shù)據(jù)
                        data_len,        //非線性的數(shù)據(jù)長度
                        mac_len;         //mac包頭長度
     __u32    　　　　  priority;          //該sk_buff結(jié)構(gòu)體的優(yōu)先級   
     __be16  　　 　　 protocol;           //存放上層的協(xié)議類型,可以通過eth_type_trans()來獲取
   ... ...

  sk_buff_data_t              transport_header;  　　//傳輸層頭部的偏移值
  sk_buff_data_t              network_header;   　　//網(wǎng)絡(luò)層頭部的偏移值
  sk_buff_data_t              mac_header;          //MAC數(shù)據(jù)鏈路層頭部的偏移值　　　  
  sk_buff_data_t              tail;                    //指向緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包末尾
  sk_buff_data_t              end;                     //指向緩沖區(qū)的末尾
   unsigned char        　　　　*head,                   //指向緩沖區(qū)的協(xié)議頭開始位置
                              *data;                   //指向緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包開始位置
   ... ...

其中sk_buff結(jié)構(gòu)體的空間,如下圖所示:

• 把數(shù)據(jù)包發(fā)出去之前,需要使用netif_stop_queue()來停止上層傳下來的數(shù)據(jù)包。
• 設(shè)置寄存器,通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件,來發(fā)送數(shù)據(jù)。
• 當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)出去后, 再調(diào)用dev_kfree_skb()函數(shù)來釋放sk_buff,該函數(shù)原型如下:
• 當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)出成功,就會進(jìn)入TX中斷函數(shù),然后更新統(tǒng)計信息,調(diào)用netif_wake_queue()來喚醒,啟動上層繼續(xù)發(fā)包下來.
• 若數(shù)據(jù)包發(fā)出去超時,一直進(jìn)不到TX中斷函數(shù),就會調(diào)用net_device結(jié)構(gòu)體的(*tx_timeout)超時成員函數(shù),在該函數(shù)中更新統(tǒng)計信息, 調(diào)用netif_wake_queue()來喚醒

其中netif_wake_queue()和netif_stop_queue()函數(shù)原型如下所示:

void netif_wake_queue(struct net_device *dev);  //喚醒被阻塞的上層,啟動繼續(xù)向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動層發(fā)送數(shù)據(jù)包

void netif_stop_queue(struct net_device *dev); //阻止上層向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動層發(fā)送數(shù)據(jù)包

網(wǎng)卡驅(qū)動收包過程
接收數(shù)據(jù)包主要通過中斷函數(shù)處理，來判斷中斷類型，如果等于ISQ_RECEIVER_EVENT,表示為接收中斷，然后進(jìn)入接收數(shù)據(jù)函數(shù)，通過netif_xr()將數(shù)據(jù)上交給上層。
內(nèi)核中自帶的網(wǎng)卡驅(qū)動:/drivers/net/cs89x0.c

• 用dev_alloc_skb()來構(gòu)造一個新的sk_buff
• 使用skb_reserve(rx_skb, 2); 將sk_buff緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)包先后位移2字節(jié),來騰出sk_buff緩沖區(qū)里的頭部空間
• 讀取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件上接收到的數(shù)據(jù)
• 使用memcpy()將數(shù)據(jù)復(fù)制到新的sk_buff里的data成員指向的地址處,可以使用skb_put()來動態(tài)擴(kuò)大sk_buff結(jié)構(gòu)體里中的數(shù)據(jù)區(qū)
• 使用eth_type_trans()來獲取上層協(xié)議,將返回值賦給sk_buff的protocol成員里

• 然后更新統(tǒng)計信息,最后使用netif_rx( )來將sk_fuffer傳遞給上層協(xié)議中
  

  使用skb_put()函數(shù)后,其中sk_buff緩沖區(qū)變化如下圖:

寫虛擬網(wǎng)卡驅(qū)動
不需要硬件相關(guān)操作,所以就沒有中斷函數(shù),我們通過linux的ping命令來實(shí)現(xiàn)發(fā)包,然后在發(fā)包函數(shù)中偽造一個收的ping包函數(shù),實(shí)現(xiàn)能ping通任何ip地址.
在init初始函數(shù)中

• 使用alloc_netdev()來分配一個net_device結(jié)構(gòu)體
• 設(shè)置net_device結(jié)構(gòu)體的成員
• 使用register_netdev()來注冊net_device結(jié)構(gòu)體

在發(fā)包函數(shù)中:

• 使用netif_stop_queue()來阻止上層向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動層發(fā)送數(shù)據(jù)包
• 調(diào)用收包函數(shù),并代入發(fā)送的sk_buff緩沖區(qū), 里面來偽造一個收的ping包函數(shù)
• 使用dev_kfree_skb()函數(shù)來釋放發(fā)送的sk_buff緩存區(qū)
• 更新發(fā)送的統(tǒng)計信息
• 使用netif_wake_queue()來喚醒被阻塞的上層,

在收包函數(shù)中:
首先修改發(fā)送的sk_buff里數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù),使它變?yōu)橐粋€接收的sk_buff,其中數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如下圖所示:

• 需要對調(diào)上圖的ethhdr結(jié)構(gòu)體 ”源/目的”MAC地址
• 需要對調(diào)上圖的iphdr結(jié)構(gòu)體”源/目的” IP地址
• 使用ip_fast_csum()來重新獲取iphdr結(jié)構(gòu)體的校驗(yàn)碼
• 設(shè)置上圖數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)類型,之前是發(fā)送ping包0x08,需要改為0x00,表示接收ping包
• 使用dev_alloc_skb()來構(gòu)造一個新的sk_buff
• 使用skb_reserve(rx_skb, 2);將sk_buff緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)包先后位移2字節(jié),來騰出sk_buff緩沖區(qū)里的頭部空間
• 使用memcpy()將之前修改好的sk_buff->data復(fù)制到新的sk_buff里的data成員指向的地址處:
• 設(shè)置新的sk_buff 其它成員
• 使用eth_type_trans()來獲取上層協(xié)議,將返回值賦給sk_buff的protocol成員里
• 然后更新接收統(tǒng)計信息,最后使用netif_rx( )來將sk_fuffer傳遞給上層協(xié)議中

驅(qū)動具體代碼

#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/netdevice.h>
#include <linux/etherdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/in.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/bitops.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ip.h> 

#include <asm/system.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/irq.h>


static struct net_device    *virt_net;


static void virt_rs_packet(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
   unsigned char *type;
   struct iphdr *ih;
   __be32 *saddr, *daddr, tmp;
   unsigned char tmp_dev_addr[ETH_ALEN];
   struct ethhdr *ethhdr;
   struct sk_buff *rx_skb;

/*1) 對調(diào)ethhdr結(jié)構(gòu)體 "源/目的"MAC地址*/
   ethhdr = (struct ethhdr *)skb->data;
   memcpy(tmp_dev_addr, ethhdr->h_dest, ETH_ALEN);
   memcpy(ethhdr->h_dest, ethhdr->h_source, ETH_ALEN);
   memcpy(ethhdr->h_source, tmp_dev_addr, ETH_ALEN);


 /*2)對調(diào) iphdr結(jié)構(gòu)體"源/目的" IP地址*/
   ih = (struct iphdr *)(skb->data + sizeof(struct ethhdr));
   saddr = &ih->saddr;
   daddr = &ih->daddr;

   tmp = *saddr;
   *saddr = *daddr;
   *daddr = tmp;



/*3)使用ip_fast_csum()來重新獲取iphdr結(jié)構(gòu)體的校驗(yàn)碼*/
    ih->check = 0;               
    ih->check = ip_fast_csum((unsigned char *)ih,ih->ihl);


/*4)設(shè)置數(shù)據(jù)類型*/
   type = skb->data + sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr);
   *type = 0;      //之前是發(fā)送ping包0x08,需要改為0x00,表示接收ping包


/*5)使用dev_alloc_skb()來構(gòu)造一個新的sk_buff   */
   rx_skb = dev_alloc_skb(skb->len + 2);

/*6)使用skb_reserve()來騰出2字節(jié)頭部空間  */
   skb_reserve(rx_skb, 2);


/*7)使用memcpy()將之前修改好的sk_buff->data復(fù)制到新的sk_buff里*/
memcpy(skb_put(rx_skb, skb->len), skb->data, skb->len); // skb_put():來動態(tài)擴(kuò)大sk_buff結(jié)構(gòu)體里中的數(shù)據(jù)區(qū)，避免溢出

/*8)設(shè)置新的sk_buff 其它成員*/
rx_skb->dev = dev;
rx_skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY; /* don't check it */


/*9)使用eth_type_trans()來獲取上層協(xié)議 */
rx_skb->protocol = eth_type_trans(rx_skb, dev);


/*10) 更新接收統(tǒng)計信息,并使用netif_rx( )來 傳遞sk_fuffer收包 */
   dev->stats.rx_packets++;                     
   dev->stats.rx_bytes += skb->len;
   dev->last_rx= jiffies;                       //收包時間戳

   netif_rx(rx_skb);

}


static int virt_send_packet(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
  /*1)使用netif_stop_queue()來阻止上層向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動層發(fā)送數(shù)據(jù)包*/
netif_stop_queue(dev);

  //期間設(shè)置硬件發(fā)送數(shù)據(jù)包

  /*2)調(diào)用收包函數(shù),里面來偽造一個收的ping包函數(shù)*/
virt_rs_packet(skb,dev);

 /*3)使用dev_kfree_skb()函數(shù)來釋放發(fā)送的sk_buff緩存區(qū)*/
 dev_kfree_skb(skb);

/*4)更新發(fā)送的統(tǒng)計信息*/
dev->stats.tx_packets++;            //成功發(fā)送一個包
dev->stats.tx_bytes+=skb->len;  //成功發(fā)送len長字節(jié)
dev->trans_start = jiffies;            //發(fā)送時間戳

/*5)使用netif_wake_queue()來喚醒被阻塞的上層*/
netif_wake_queue(dev); 

return 0;
}


static int virt_net_init(void)
{
/*1)使用alloc_netdev()來分配一個net_device結(jié)構(gòu)體*/
virt_net= alloc_netdev(sizeof(struct net_device), "virt_eth0", ether_setup);

/*2)設(shè)置net_device結(jié)構(gòu)體的成員 */
virt_net->hard_start_xmit      = virt_send_packet;

virt_net->dev_addr[0] = 0x08;　　　　 
virt_net->dev_addr[1] = 0x89;
virt_net->dev_addr[2] = 0x89;
virt_net->dev_addr[3] = 0x89;
virt_net->dev_addr[4] = 0x89;
virt_net->dev_addr[5] = 0x89;

virt_net->flags           |= IFF_NOARP;
virt_net->features        |= NETIF_F_NO_CSUM;


   /*3)使用register_netdev()來注冊net_device結(jié)構(gòu)體 */
register_netdev(virt_net);

return 0;
}

static void virt_net_exit(void)
{
   unregister_netdev(virt_net);
   free_netdev(virt_net);   
}

module_init(virt_net_init);
module_exit(virt_net_exit);![1182576-20171031191155154-1353223217.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2878032-af431a7b9ed529c5.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)


MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("by:zhang");

測試運(yùn)行
掛載驅(qū)動,如下圖所示,可以看到net類下就有了這個網(wǎng)卡設(shè)備
insmod 16_th_virt_net.ko
ls /sys/class/net/
開始試驗(yàn),首先設(shè)置這個網(wǎng)卡設(shè)備的ip,然后去ping一下其它的ip,如下圖所示: